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IGBT的短路測試

454398 ? 來源:alpha007 ? 作者:alpha007 ? 2022-11-15 16:51 ? 次閱讀

來源:羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

前言

我們說,IGBT的雙脈沖實驗和短路實驗一般都會在一個階段進行,但是有的時候短路測試會被忽略,原因有些時候會直接對裝置直接實施短路測試,但是此時實際上并不是徹底和充分的。常見的情況有:

①沒有進行IGBT短路實驗

覺得這個實驗風(fēng)險太大,容易炸管子,損失太大或者覺得短路時電流非常大,這樣很恐怖。

②進行了短路測試

但是測試時候的判斷標(biāo)準(zhǔn)較簡單,對IGBT的短路行為沒有進行較為仔細的觀察和考證。

這樣做可能會導(dǎo)致后期裝置出現(xiàn)由于IGBT短路相關(guān)導(dǎo)致的故障時,排查和處理起來較為麻煩,所以在使用起初,認(rèn)真地對IGBT進行短路測試是非常必要。

短路分為兩種:

橋臂內(nèi)短路(直通):



我們稱之為“一類短路”,一般為橋臂直通導(dǎo)致的,硬件或軟件失效造成的,此時短路回路中的電感量很小(100nH),一般我們會采用VCE(sat)檢測來實現(xiàn)短路保護。

橋臂間短路(大電感短路):



我們稱之為“二類短路”,一般為相間短路或者是相對地短路,此時短路回路中的電感較大(uH級別),可以使用VCE(sat)檢測或是使用霍爾檢測電流變化來實現(xiàn)短路保護,這類短路中的電感量是不確定的。

一般我們所說的短路測試是針對橋臂內(nèi)短路情形來說的,下面就讓我們來了解下IGBT的短路測試到底是什么樣的。

2、短路測試

電網(wǎng)電壓經(jīng)過調(diào)壓器和接觸器,將母線電容電壓充到所需要的值,再斷開接觸器。上管IGBT的門極被關(guān)斷,且上管用粗短的銅排進行短路。對下管IGBT釋放一個單脈沖,直通就形成了。

短路測試中需要注意以下事項:

①該測試的關(guān)注對象是電容組,母排,雜散電感,被測IGBT;

②短路回路中的電感量很低,所以上管的短路排的電感量可以極大地影響測量的結(jié)果,因此絕不可忽視“粗短銅排”的長短和粗細(當(dāng)然,這里不一定非得使用銅排,電感量很低的導(dǎo)線也是可以的);

③短路測試的能量全部來自母排電容組,通常來說,雖然短路電流很大,但是因為時間極短,所以這個測試所消耗的能量很小,實驗前后電容上的電壓不會有明顯變化;

④上管IGBT是被一直關(guān)斷的,但是這個器件不可或缺,因為下

管被關(guān)斷后,短路電流還需要由上管二極管續(xù)流;

⑤該測試需要測量三個物理量,分別是,下管的Vce,Vge,及Ic;

⑥電流探頭需要測量Ic的位置,而不是短銅排的電流,這兩個位置的電流波形是不同的;

⑦下管IGBT的脈沖需要嚴(yán)格控制,最開始實驗可以使用10us,然后逐步增加;

⑧環(huán)境溫度對實驗結(jié)果有較大的影響,通常datasheet給出的高結(jié)溫的結(jié)果;對應(yīng)用者而言,常溫實驗是比較現(xiàn)實的;但低溫時的短路測試會比較苛刻,如果系統(tǒng)規(guī)格有低溫要求時,是有必要進行測試的;

⑨在此實驗前需要對直流母排的雜散電感有一定的評估,或者用雙脈沖測試方法對IGBT關(guān)斷時的電壓尖峰進行評估,以把握好短路時的電壓尖峰,這個值可能會非常高;

短路測試步驟:

⑴在弱電情況下,確認(rèn)所發(fā)單脈沖的寬度;

⑵將母線電壓調(diào)至20~30V,發(fā)送一個單脈沖,此時也會發(fā)生短路,會有一定的電流,利用此步驟確認(rèn)電流探頭的方向及其他各物理量測量正確,同時確認(rèn)示波器能正確捕捉該瞬間;這個步驟會比較安全;

⑶短路測試時,母線不宜過低,否則可能會見到一些奇異的震蕩;對于1200V的IGBT,母線為500V起;1700V的IGBT,母線為700V起;3300V的IGBT,1000V起;(最近遇到一個問題:在做1000A/1700VIGBT模塊短路測試時,母線電壓加到900V時,模塊發(fā)生失效,暫時還沒有找到具體原因,等找到原因會再分享出來的)。

⑷母線加到額定點,將進線接觸器斷開,放出單脈沖,裝置會發(fā)出“咚”的一聲響,確認(rèn)示波器捕捉到該時刻;

⑸通常來說,如果一切都設(shè)置正確的話,短路測試是很容易成功的,但也可能由于某些細節(jié)沒有處理好,存在一定的幾率,該測試會失敗——這個IGBT會失效,并將電容的能量全部放掉,一般不會爆炸得很厲害;

⑹第一次發(fā)10us的脈沖實際上是一種嘗試性測試,其目的是,在盡量低風(fēng)險的情況下,對設(shè)備的短路性能進行最初步的摸底;

⑺如果第一次10us測試已經(jīng)發(fā)現(xiàn)波形有問題,則需要整改;

⑻如果第一次10us測試發(fā)現(xiàn)IGB沒有發(fā)生退飽和現(xiàn)象,則可能意味著短路回路電感量太大,需要整改;

⑼如果第一次10us測試發(fā)現(xiàn)波形正常,可以脈沖延長至12us,再做,再延長到15us,再做,如果發(fā)現(xiàn)驅(qū)動器釋放出來的脈沖不再增長,則意味著驅(qū)動器對IGBT進行了保護,否則,意味著驅(qū)動器保護電路設(shè)置有問題,需要整改;

實例簡述

下面是某模塊短路測試的實驗結(jié)果:


ⅰ 用電流的上升率di/dt求出短路回路中的全部電感量,再減去之前測出的雜散電感,就能得到插入的銅排的感量;

ⅱ 關(guān)注短路電流的最高值,與datasheet中標(biāo)注的值進行比較,是否過高,電流是否有震蕩;

ⅲ 從IGBT退飽和算起,至電流被關(guān)斷,期間的時間是否控制在10us內(nèi),這個條件是不可以妥協(xié)的;

ⅳ 短路電流的峰值與門極鉗位電路有很大的關(guān)系,如果門極鉗位性能不好,短路電流峰值會很高;(門極鉗位電路出現(xiàn)的原因是因為米勒效應(yīng)的存在,我們上篇文章有提到過,在IGBT短路時,米勒電容會影響門極電壓,導(dǎo)致短路電流激增,使IGBT承擔(dān)風(fēng)險。越大容量的IGBT,米勒效應(yīng)越強,門極鉗位電路越重要!)

ⅴ 關(guān)注Vce電壓,需要多久才退飽和,在關(guān)斷時刻時,Vce電壓尖峰有多高,是否存在危險,有源鉗位是否動作;

ⅵ 門極電壓的評判需要比較謹(jǐn)慎,因為這個測試di/dt及du/dt都很大,門極探頭很容易測不準(zhǔn)。

第二種測試方法

下面是第二種測試方法:

給上管IGBT驅(qū)動器一個常高信號,使上管保持開通,再給下管發(fā)單脈沖。這個實驗的優(yōu)點是,確保短路回路中的電感量就是直流母線的雜散電感,足夠低。當(dāng)然,這可能談不上是第二種方法,只是優(yōu)化了短路實現(xiàn)的條件,將上面的“粗短銅排”的電感帶來的影響消除了。

上面提到最近實驗中遇到的一個問題,就是測1000A/1700V模塊時,母線加到900V時模塊失效,失效時的波形如下:

我們可以看到,此時的電流Ic瞬間沖得很高,門極電壓也很大,伴隨的現(xiàn)象是,門極驅(qū)動電路那塊發(fā)生了嚴(yán)重的燒毀,具體原因還在分析。

審核編輯 黃昊宇

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